臺灣博碩士論文加值系統

微放電加工(Micro Electrical Discharge Machining, micro-EDM)與傳統放電加工原理相同。利用放電電弧產生高溫，移除材料達成加工目的，為非接觸加工，工件材料不受硬度及韌性限制，可加工複雜形狀成品，微細零件等。
本研究利用微放電系統，以碳化鎢(WC)微電極(Ø 0.3 mm)，探討微放電銑削參數對Ti-6Al-4V合金的影響。應用田口實驗設計，L9 (34) 直交表，配合變異數分析，探討微放電銑削參數: 脈衝時間(μs)、脈衝休止時間(μs)、加工電流(A)、工作時間(s)。微放電銑削加工特性: 電極消耗率，材料去除率，擴孔量，工件表面性質。配合田口-灰關聯分析，獲得最佳微放電銑削參數: 脈衝時間1μs、脈衝休止時間2μs、加工電流0.1A、放電持續時間3s。實驗驗証顯示電極消耗率，材料去除率及擴孔量的改善率分別為1.18%，10.92%及4.34%。
此外、本研究將WC微電極披覆導電薄膜及氮化物薄膜(Ag, Ni-P, TiN, ZrN film)，進一步探討WC微電極披覆薄膜對微放電銑削特性的影響。

Micro milling electrical discharge machining (micro milling EDM) enables the machining of micro cavities, micro grooves or micro curved surfaces, under non-contact conditions can be used to machine almost every conductive material, regardless of its hardness with simple cylindrical or tubular electrodes.
This paper uses a grey-Taguchi method to examine the optimization of process parameters (such as Pulse on-time/μs, Pulse off-time/μs, Discharge current/A and Working time/s), for the micro milling EDM of Ti-6Al-4V alloy, using tungsten carbide (WC) electrodes. A Taguchi method with an L9 (34) orthogonal array and a signal-to-noise ratio (S/N) and analysis of variance (ANOVA) are used, to investigate the electrode wear rate, material removal rate, overcut performance characteristics of the micro EDM. Findings based on the grey-based Taguchi analysis, to determine the parameters of the micro milling EDM, by considering multiple performance characteristics. In the confirmation runs with grey relational analysis, can receive an improvement of 1.18% in electrode wear rate, 10.92% in material removal rate, and 4.34% in overcut.
Furthermore, a comparative study of the performance of WC, WC-coated Ag, WC-coated Ni-P, WC-coated TiN and WC-coated ZrN electrodes for the micro EDM milling is also presented.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 3
1.3 研究目的 3
1.4 論文大綱 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 Ti-6Al-4V機械物理性質 6
2.2電極材料 7
2.3放電加工原理 8
2.3.1 傳統放電加工技術基本原理 8
2.3.2 微放電加工技術原理 9
2.3.3 放電銑削加工技術原理 9
2.4 放電加工技術之材料去除機構 10
2.4.1 電場開始作用 10
2.4.2 架橋作用 11
2.4.3 放電現象的產生 11
2.4.4 電離作用的產生 12
2.4.5 熔融金屬的沖除 12
2.4.6 放電痕的形成 13
2.5 線放電研磨系統加工介紹(WEDG) 14
2.6 放電加工參數 16
2.6.1 介電液(Dielectric) 16
2.6.2 極性(Polarity) 17
2.6.3 放電電流(Peak current) 17
2.6.4 極間間隙(Gap) 17
2.6.5 脈衝時間(Pulse duration) 17
2.6.6 脈衝脈衝休止時間(Pause time) 18
2.6.7 衝擊係數(Duty factor) 18
2.6.8 引弧電壓(High voltage) 18
2.7 放電加工特性 18
2.8 田口法數據分析 19
2.8.1 變異數與貢獻度分析 20
第三章 實驗設備及研究方法 21
3.1 實驗設備 21
3.1.1 微放電加工機 21
3.1.2 光學顯微鏡 23
3.1.3 場發射掃描式電子顯微鏡(SEM) 23
3.2 研究方法 24
3.2.1 實驗規劃 25
3.2.1.1 放電參數說明 25
3.2.1.2 加工參數 26
3.3 實驗步驟 27
第四章 結果與討論 29
4.1 電極消耗率 30
4.2 材料去除率 31
4.3 擴孔量 33
4.4 灰關聯分析理論 35
4.5 驗證實驗 37
4.6 碳化鎢電極披覆薄膜 38
第五章 實驗結論 45
參考文獻 46

[1]吳東權等，微機電系統之技術現況與發展，新竹:機械工業出版，第115-125頁(1994)。
[2]丁志明等，微機電系統技術與應用，新竹:行政院國家科學委員會精密儀器中心出版，第418-419頁(2003)。
[3]王阿成，高精度微細孔槽的微放電複合技術研發及其加工特性研究，博士論文，國立中央大學機械工程所，中壢(2003)。
[4]陳仲宜著，微模具技術發展趨勢，台北：金屬中心出版，第1-11頁(2005)。
[5]Shaw, M. C., Thurman and H, A. L., Ahlgren, J. "A plasticity problem involving plane strain and plane stress simultaneously: Groove formation in the machining of high temperature alloys," Trans of ASME , 142-146 (1996).
[6]Ferraris, E., Castiglioni, V., Ceyssens, F., Annoni, M., Lauwers, B., Reynaerts, D. " EDM drilling of ultra-high aspect ratio micro holes with insulated tools," CIRP Annals - Manufacturing Technology , 62, 1, 191-194 (2013).
[7]賴耿陽，金屬鈦理論與應用，台南:復漢出版社，第31-41頁, (1980)。
[8]Gurrappa, "Characterization of Titanium Alloy Ti-6Al-4V for Chemical, Marine and Industrial Applications, " Materials Characterization, 51, 131-139(2003).
[9]Yang, H. S., Gurewita, G., Mukherjee,A. K. "Mechanical Behavior and Microstructural Evolution During Superplastic Deformation of Ti-6Al-4V, "Materials Transactions, 32, 5, 465-472(1991).
[10]Boyer , R., Titanium Alloys, Almere: ASM International, 45-80(1994)
[11]許富銓，李驊登，于劍平，「放電加工表面裂縫的生成與型態之研究」，第七屆破壞科學研討會，屏東，第20-24頁(2002) 。
[12]Chen, S. L., Yan, B. H., Huang, F. Y., "Influence of kerosene and distilled water as dielectric on the electric discharge machining characteristics of Ti-6Al-4V," Journal of Materials Processing Technology, 87, 48-55(1999).
[13]鄭國丞，高轉速微細電極放電加工之研究，碩士論文，國立雲林科技大學機械工程系研究所，雲林(2006)。
[14]劉弘松，結合微放電與研磨技術之高精度微孔加工研究，博士論文，國立中央大學機械工程研究所，中壢(2005)。
[15]李浤蓁，微放電銑削於鈦合金(Ti-6Al-4V)加工特性之研究，碩士論文，國立雲林科技大學機械工程系研究所，雲林(2005)。
[16]邱寬和，高鎳合金微細放電加工之特性研究，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，中壢(2002)。
[17]蔡哲雄、許東亞、陳維瀚、徐啟敏，「SUS304不鏽鋼之微細孔鑽削研究」，第22屆中國機械工程學會學術研討會論文集，中壢，(2005)。
[18]蔡曜陽、呂政達，「放電脈衝電流上升與下降對於加工特性之探討」，中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集，中壢，(2007)。
[19]洪榮洲，結合微細放電與電解拋光之微孔加工研究，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，中壢(2004)。
[20]蕭至君，不同加工液對鈦合金放電加工特性之影響，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，中壢(2000)。